Možnosti zvýšení účinnosti digestátu ve výživě a hnojení rostlin

18. 11. 2023 Ing. Tomáš Javor, DiS. a kol. Hnojení Zobrazeno 1154x

O digestátu, novodobém tekutém organickém hnojivu, který tvoří zbytek po výrobě bioplynu, toho již bylo vyřčeno a napsáno v odborné i vědecké literatuře hodně. Přitom názory na vlastnosti digestátu jako hnojiva se liší, a to jak u praktických farmářů, tak i ve vědecké komunitě, přičemž nic není černé ani bílé.

Působení digestátu na půdu i rostliny ovlivňuje celá řada faktorů, protože jednotlivé digestáty (resp. jejich fugáty či separáty) vykazují specifická a někdy podle intenzity anaerobního procesu a podle skladby kofermentů značně odlišná složení, a to nejen v obsahu dusíku. Každý zemědělec hospodaří za jiných podmínek (především půdních a klimatických), také průběh počasí se v jednotlivých letech odlišuje, a proto se běžně hovoří o tzv. vlivu ročníku na účinnost hnojení digestátem. Samostatnou kapitolou pro dosažení nejvyšší účinnosti hnojení digestátem je jeho cílená lokální aplikace při pásovém zpracování půdy či jiné modifikace podpovrchové aplikace. Tímto jsou objasňovány dosahované odlišné účinky jednotlivých digestátů a způsobů použití na výnosy plodin.

Průměrná roční produkce digestátu je za posledních 7 let odhadována na 7,4 mil. tun, což je pro zemědělskou půdu zdroj, který ročně poskytuje v přepočtu na 1 ha z. p. 135 kg sušiny, 100 kg organických látek, 9,4 kg N, 3,0 kg P₂O₅ (1,3 kg P) a 9,1 kg K₂O (7,6 kg K), tj. celkem 21,5 kg č. ž. Je zdrojem, který na každý ha z. p. substituuje výkaly skotu prostřednictvím sušiny a organických látek od 0,09 DJ, v N od 0,12 DJ, P od 0,09 DJ a v K od 0,15 DJ.

Obecně je možné k digestátům (jako aktuálnímu tématu) uvést, že jsou sice dle vyhlášky řazeny k typovým organickým hnojivům s rychle uvolnitelným dusíkem (C:N <10), ale svými účinky a působením se spíše blíží kombinovaným minerálním hnojivům, poněvadž takřka neobsahují labilní zdroje primární organické hmoty (zdroj energie půdním mikroorganismům), ale obsahují především (semi) stabilní formy složitějších struktur celulóz, a především samotného ligninu. Proto je nutné na pozemky, které jsou pravidelně hnojené digestáty, dodávat do půdy kvalitní zdroje primární labilní organické hmoty, hnůj, slámu (posklizňové zbytky), kompost, zelené hnojení (včetně meziplodin). Rovněž v zájmu omezování slévavosti půd (tvorby půdních škraloupů) je nutné vyrovnávat v půdě poměr dvoumocných (Ca²⁺, Mg²⁺) a jednomocných (K⁺, Na⁺) kationtů pravidelným vápněním nebo logisticky výhodně cíleným obohacením digestátů nebo také kejdy o snadno mísitelný vápenec bezprostředně před aplikací.

Pokud je provedena aplikace digestátu k porostům, například v dávce 25 t/ha před setím a 25 t/ha během vegetace, je zapotřebí středně těžkou půdu po celkové dávce digestátu 50 t/ha vyvápnit následně vyrovnávací dávkou CaO alespoň 350 kg/ha. Pokud není na pozemcích s realizovanými pravidelnými aplikacemi digestátu provedeno delší dobu vápnění (4 a více let), dochází k degradaci půdní struktury, rozplavení (peptizaci) koloidů a v důsledku toho ke vzniku silné náchylnosti ke slévání povrchu půdy a nepropustnosti profilu.

S ohledem na výrazný nárůst cen dusíkatých a dalších minerálních hnojiv v minulých dvou letech, nebo jejich nedostatek (či kombinace obojího), jsou podniky disponující dostatečným množstvím digestátu či kejdy (a vhodnou aplikační technikou) ve vlastním zájmu nuceni dusíkatá hnojiva z části či úplně nahradit, což se mnohým daří (např. při pěstování kukuřice), nicméně nesmí být opomíjeny výše uvedené zásady či doporučení.

Jak vyplynulo z předcházejících výsledků, digestát může výživě rostlin na zemědělské půdě účinně napomoci. Jeho použití může mít však určitá rizika. V následujících řádcích bychom rádi poukázali na nové možnosti zvýšení účinnosti digestátu při výživě a hnojení plodin, a tedy výnosu či kvality produkce, a to na základě výsledků vlastních exaktních experimentů s hnojivy s rychle uvolnitelným dusíkem (digestát, kejda). Tento článek navazuje a rozšiřuje poznatky prezentované shodnými autory ve sborníku z konference Kukuřice v praxi 2023.

Obohacení kejdy skotu o vápník za účelem celkové podpory růstu a výživy

Vápník je důležitá makrobiogenní živina, ale i regulátor kyselé půdní reakce. V řadě lokalit je nedostatek vápníku v půdě běžný a následně též deficience v rostlinách. Nedostatek vápníku ve výživě rostlin je zejména u kukuřice, kromě vlastního přímého vlivu na vývoj porostů, úzce spjat s omezenou nedostatečnou výživou rostlin hořčíkem.

Cílené obohacení kejdy skotu velmi jemně mletým vápencem s čistým obsahem CaCO₃ (logisticky vhodná granulovaná forma je v kejdě a v digestátu snadno rozpustná do suspenzních roztoků) omezuje deficience vápníku a hořčíku v rostlinách kukuřice, zvláště v oblastech nepůvodního pěstování (tj. mimo typické „kukuřičné“ karbonátové půdy). Obohacení kejdy nebo digestátů těsně před aplikací granulovaným vápencem zvýšilo lokálně pH půdy v kypřených pásech při metodě pásového zpracování půdy strip-till o hodnotu 0,1–0,2. Zpočátku vegetace obohacení kejdy nebo digestátu o vápenec zvýšilo podle dávky vápence obsah přístupného vápníku o 122–139 mg/kg a v závěru vegetace o 185–285 mg/kg zeminy ve srovnání s aplikací samostatného organického hnojiva. Toto i malé zvýšení přístupnosti vápníku v kypřených pásech po aplikaci obohacené kejdy podpořilo nárůst hmotnosti sušiny rostlin kukuřice a rozvětvení architektury kořenů v kypřených pásech. Provokovaná lepší výživa rostlin hořčíkem, a přímým dodáním vápnění zlepšená výživa vápníkem, byla zjištěna zvláště po vyšší dávce vápence 50 kg/t kejdy skotu nebo digestátu.

Opatření obohacení organických hnojiv o vápenec a zlepšení tak fyzikálních i biologických půdních vlastností a posílení dostupnosti živin v kypřených pásech po celou vegetaci zlepšilo výživu rostlin kukuřice dusíkem, fosforem, vápníkem, hořčíkem a zinkem až do závěru vegetace, tj. do doby tvorby zrna. Na zlepšení nárůstu nadzemní biomasy a výživy rostlin se podílela v závěru vegetace také menší dávka vápence, 25 kg/t kejdy nebo digestátu. V půdě bylo totiž zjištěno prodloužení uvolňování dusíku mineralizací v kypřených pásech, jelikož obsah minerálního dusíku (N_min.) v půdě ve srovnání s kontrolou se samotnou aplikací kejdy byl během intenzivní vegetace o 10–35 kg N/ha vyšší. Vápnění (obohacení o vápenec) tekutých organických hnojiv (v Rakousku známé jako metoda tzv. Gülle-Kalkung) má účinek na zpožděné uvolňování dusíku v půdě, které částečně substituuje použití inhibitorů nitrifikace při aplikaci hnojiv.

Obohacení kejdy skotu o vápenec s velmi rychlou reaktivitou zvýšilo dosažený výnos píce kukuřice prostřednictvím delších rostlin a větší tloušťky stébel. Tvorba zrna kukuřice podle ukazatele HTZ nebyla obohacením kejdy o vápník podpořena. Podíl hmotnosti palic na rostlinách byl však po obohacení kejdy o vápenec mírně vyšší. V porostu se u 10–20 % rostlin, zvláště po aplikaci vyšší dávky vápence 50 kg/t, vyvinuly na 1 rostlině 2 ozrněné palice (na místo zaběhlého ideotypu jedné). Zvýšený výnos píce byl dosažen již po aplikaci nižší dávky vápence 25 kg/t kejdy skotu, a to o necelých 6 % (o 2,5 t/ha) vyšší oproti kontrole. Po dávce vápence 50 kg/t byl dosažen obdobný výnos píce, tj. přírůstek 6 % (2,6 t/ha). Kvalita píce byla pro pozdější sklizeň v rámci pokusu z důvodu nepřízně počasí již obecně nízká. Obsah sušiny v píci po aplikaci samostatné kejdy převyšoval již 45 %. V píci po aplikaci vápence v dávce 25 kg/t kejdy byl však zjištěn oproti kontrole se samotnou kejdou obsah sušiny o 3,1 %, a po dávce vápence 50 kg/t o 5,4 %, nižší. To dokládá úlohu zjištěného lepšího výživného stavu rostlin z období po květu na prodloužení doby dozrávání kukuřice a možný tzv. green efekt pro období sklizně. Obsah škrobu v píci byl obecně vysoký. Jeho stupňované snížení s dávkou vápence rovněž poukazovalo na vliv vápence na pozvolné dozrávání (tab. 1).

Metoda tzv. kejdového vápnění (Gülle-Kalkung) je používána v zahraničí i při hnojení travních porostů (obr. 1). Očekávaná zvýšená emise amoniaku (NH₃) po přídavku vápence do organického hnojiva se nedostavuje pro pozvolnou změnu pH hnojiva vápencem, oproti použití vysoce reaktivního páleného vápna (CaO). Kejda nebo digestát jsou obohaceny vápencem bezprostředně před aplikací, směs se aplikuje přímo do půdy emitující amoniak je bezprostředně poután jílovými minerály. Společně s aplikací kejdy je prováděna úhrada ročního a tříletého normativu potřeby vápnění půdy. Vlastní přídavek vápence do kejdy či digestátu je vhodný např. v zásobních kontejnerech na pozemku (obr. 1). V zahraničí je obvykle vápenec homogenizován přímo v jímkách před vývozem. Pokud je tekuté organické hnojivo obohaceno o vápenec v předstihu několika týdnů před aplikací, osvědčil se společně přídavek 2–5 % síry (postačí i elementární síry S⁰) pro zpomalení nárůstu pH směsi hnojiva v jímkách, a tím zabránění emisi labilního dusíku (N-NH₄⁺).

Tab. 1: Vliv přímého obohacení kejdy skotu o vápník pomocí granulovaného, velmi jemně mletého, vápence (AktiCalc) na výnosotvorné prvky, výnos a kvalitu píce kukuřice v roce 2022 (lokalita Morašice, okr. SY, jarní technologie strip-till (převzato: Javor, Lošák, Dostál, 2023)

Obr. 1: Přídavek a homogenizace velmi jemně mletého vápence (AktiCalc) v granulované formě do kejdy skotu v mobilním polním kontejneru s homogenizátorem

Účinek inhibitorů nitrifikace pro řízené uvolňování dusíku z organických hnojiv

Tekutá organická a statková hnojiva, včetně digestátu, obsahují přibližně polovinu z celkového obsahu dusíku v minerální amonné formě (N-NH₄⁺). Z pohledu obsahu a úzkého poměru C:N se jedná o hnojiva s rychle uvolnitelným dusíkem. Vnesená amonná forma dusíku je v již dostatečně teplé půdě při podzimním i jarním založení porostů velmi dobře a rychle přeměnitelná v procesu nitrifikace na nitrátový dusík (N-NO₃^-). Ten je v půdě velmi dobře pohyblivý a při srážkově intenzivnějším počasí během podzimu či jara může snadno docházet ke ztrátám dusíku z půdního profilu vyplavením, to zejména v kontextu s pomalým růstem, např. kukuřice při chladném počasí. Ztráty dusíku po aplikaci tekutých hnojiv do kypřených pásů jsou v technologii pásového zpracování půdy strip-till obzvláště rizikové a takřka každoročně různou měrou pozorovatelné v humidnějších oblastech (obvykle již v lokalitách s úhrnem srážek nad 600 mm za rok). V sušších a suchých oblastech během jara ke ztrátám vyplavením takřka nedochází, může zde však mnohem snadněji docházet ke ztrátám dusíku biologickou imobilizací půdními mikroorganismy.

Snížení rizik ze ztráty dusíku z aplikovaných tekutých organických a statkových hnojiv lze docílit technicky správně řešeným použitím inhibitorů nitrifikace, které jsou na trhu často známy jako stabilizátory organických hnojiv. Úspěšnost projevu inhibitorů nitrifikace silně spočívá v kvalitním promísení v aplikovaném tekutém hnojivu. To lze zajistit výhradně přimíchávajícím (injektážním) zařízením na aplikátoru nebo na vyskladňovacím potrubí u jímky. Dávka objemu přípravku se pohybuje v rozpětí 1–3 l/ha (dle etikety pomocné půdní látky), kterou je nutné rozprostřít do aplikační dávky různě hustých hnojiv, tj. např. v 15–45 t/ha. Účinná látka v dostupných inhibitorech zamezuje vazbě nitrifikačních bakterií na substrát v půdě, tj. na přítomný amonný dusík (N-NH₄⁺). Tím je dočasně bráněno přeměně amonného dusíku na vysoce pohyblivý nitrátový (N-NO₃^-). Účinné látky jsou poměrně selektivní a nepůsobí přímo umrtvení mikroorganismů v půdě, jako tomu bylo u dříve dodávaných inhibitorů.

Inhibitor tím působí jako stabilizátor dusíku z aplikovaných hnojiv po určitou dobu po aplikaci a lze ho označit za vhodný prostředek pro řízení procesů uvolňování dusíku v půdě u plodiny s dlouhou vegetací. Zároveň je nutné konstatovat, že oproti údajům z informačních letáků distributorů je v případě jarního použití inhibitorů při založení porostů (zpravidla u kukuřice) doba inhibice dusíku z hnojiv až o polovinu kratší. Největší zpomalení zpřístupňování nitrátů v půdě po testovaných inhibitorech (N-Lock a Vizura) bylo zjištěno 15. den po aplikaci hnojiv pro vysévanou kukuřici. Naopak po 40 a více dnech od aplikace hnojiv s inhibitorem již inhibitor prakticky neúčinkoval. V tuto dobu se již naopak dostavoval pro zapojující se porost kukuřice příhodný efekt zvýšené nitrifikace dusíku, a tím i vyšší disponibilní zásoby dusíku pro rostliny v půdě.

Z pohledu účinku a přínosu pro pěstební postup kukuřice je použití inhibitorů v lokální aplikaci při pásovém zpracování vysoce efektivní. Často již postačuje poloviční dávka oproti doporučené dávce pro běžnou celoplošnou aplikaci, což podstatně snižuje náklady na přípravek.

Obr. 2: Technologická linka pro přímé obohacení digestátu a kejdy o vápník pomocí jemně mletého granulovaného vápence AktiCalc

Obr. 3: Lokální aplikace obohaceného tekutého organického hnojiva o granulovaný vápenec při jarním pásovém zpracování půdy metodou strip-till

Obr. 4: Instalované zařízení na samojízdném aplikátoru pro řízené dávkování stabilizátorů dusíku (inhibitorů nitrifikace) do tekutých organických hnojiv při aplikaci (regulovatelné přimíchávání 1,0–3,0 l pomocného půdní přípravku do dávky hnojiva 15–45 t/ha)

Závěrečné shrnutí

Výrazný nárůst cen minerálních hnojiv v minulých dvou letech vyvolal u řady zemědělců zvýšený zájem o racionální využití organických a statkových hnojiv z vlastní faremní produkce, zejména těch tekutých (digestát, kejda). Jakékoliv snížení ztrát živin z hnojiv zvyšuje jejich účinnost pro plodiny a umožňuje redukci aplikační dávky na 1 ha, což má svoje provozní, logistické a environmentálně-ekonomické důsledky.

Ambiciózní strategie Farm to Fork (z farmy na vidličku) předpokládá do roku 2030 snížení ztrát živin z půdy min. o 50 % a omezení používání minerálních hnojiv o 20 %. Proto je třeba hledat a experimentálně ověřovat vhodné způsoby hnojení (a půdoochranného zpracování půdy), které přinesou pěstiteli kýžený efekt v oblasti péče o půdu, její úrodnost, a tudíž dosažení požadovaného výnosu, kvality a nezávadnosti produkce. Některé praktické možnosti jsou součástí tohoto článku.

Příspěvek vznikl za podpory Programu rozvoje venkova, operace 16.1.1 Podpora operačních skupin a projektů EIP, projekt „Půdoochranné technologie v oblasti Vysokomýtské synklinály“, č. 17/005/1611a/453/000107; za podpory projektu NAZV, číslo QK21010308 „Efektivní systémy pěstování meziplodin využívající principy biotických intenzifikací“; a za podpory veřejné zakázky MZe ČR se systémovým č. P21V0000131 s názvem „Nitrátová směrnice – monitoring a evaluace akčního programu na období 2022–2023“.

Některé výsledky v této publikaci byly podpořeny v rámci Operačného programu Integrovaná infraštruktúra pre projekt: Dopytovo-orientovaný výskum pre udržateľné a inovatívne potraviny, Drive4SIFood 313011V336, spolufinancovaný zo zdrojov Európskeho fondu regionálneho rozvoja.

Použitá literatura je k dispozici u autorů.

Ing. Tomáš Javor, DiS.¹, Ing. Jiří Dostál, CSc.¹, prof. Ing. Tomáš Lošák, Ph.D.^2
1AGROEKO Žamberk spol. s r.o.; ²Mendelova univerzita v Brně
foto: T. Javor